钻柱系统黏滑振动的自激振动特性研究

针对当前钻柱系统黏滑振动产生的影响不断增大的问题,研究黏滑振动的自激振动特性。通过建立钻柱系统的黏滑振动力学模型,推导了钻头于黏滞阶段与滑脱阶段的状态方程,并得到其滑脱阶段的振动响应。在得到系统黏滑振动特性的基础上,研究钻头在不同初始条件时相对转盘运动的相轨迹。结果表明,当钻头初相点存在扰动时,其运动均将趋向于稳定的黏滑振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的极限环。对黏滑振动产生的原因进行分析,结果表明,产生黏滑振动的钻柱系统在黏滞状态与滑脱状态转变时均存在摩擦扭矩的降落,相当于在钻头转动方向作用一个外载,即钻头临界状态转变时存在的负阻尼效应将钻柱的振动调节为自激振动。     

刹车系统摩擦自激振动的数值研究

建立了刹车系统的三自由度动力学方程,采用LuGre模型计算摩擦块、盘之间的摩擦力。通过数值模拟,揭示非内共振摩擦块的复杂动力学行为。研究表明,随着摩擦盘速度减小,切向静平衡状态失稳,依次出现完全滑动和非完全黏滞-滑动的干摩擦自激振动现象。当黏性摩擦系数非常大时,会导致带有非完全黏滞特征的混沌运动。扭转运动的非完全黏滞自激振动中,包含了速度快速抖动现象;而切向和扭转运动是导致低、高频噪声的原因。     

系统参数对自激振动系统动力学稳定性的影响

为了研究机床进给系统的黏滑运动特性,建立了基于Stribeck摩擦模型的具有代表性的质体-弹簧-传送带摩擦自激振动模型.利用李雅普诺夫稳定性判据对自激振动系统的平衡点进行了稳定性分析,获得了系统的临界失稳速度,又经过理论公式推导出了系统的临界黏滑速度.从数值仿真得到的相图和Poincare截面图可以看出,随着系统进给速度、阻尼和传动刚度的增大,动、静摩擦差值的减小,系统的黏滞运动持续时间变短,即系统的稳定性增强;低速状态下的自激振动分为黏滑和纯滑动两个阶段,且均为准周期运动;系统进给速度是影响系统稳定性的主要参数.     

基于胎面侧向振动的轮胎多边形磨损机理分析

考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,采用动态LuGre摩擦模型,建立基于胎面侧向振动的轮胎多边形动力学模型,并对系统的稳定性进行了分析,指出轮胎的自激振动是一种由系统Hopf分岔引起的稳定周期振动现象.研究表明轮胎多边形磨损是一种典型的非线性自激振动现象,其发生与胎面的侧向振动有关,轮胎多边形磨损的边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮转动频率之比,并通过仿真得到了能够引起胎面自激振动的车速和轮胎前束角范围.结果表明所建模型能够很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理,为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据.     

干摩擦下含间隙碰撞振动系统的动力学行为分析

建立干摩擦下含间隙的双自由度碰撞振动系统的动力学模型,分析系统中存在的滑动、黏滑、擦切及碰撞等运动,分别给出其运动方程和衔接条件,并采用数值迭代方法求解和分析系统的复杂动力学行为,同时分析了干摩擦和激励振幅对系统动力学行为的影响。     

盘销系统摩擦尖叫瞬态动力学有限元模型

基于ABAQUS软件建立盘-销系统的瞬态动力学有限元模型,在验证模型正确性的基础上分析了系统的运动状态、摩擦副接触状态、系统能量馈入情况以及非线性频率耦合现象.研究发现:制动盘具有压紧翘曲和高频法向面外振动;销棒呈弯曲为主,扭转为辅的振动模式,且表现为纯滑动的极限环运动;接触压力分布周期性变化,法向力和摩擦力变化引起频率的变化;系统同时存在能量馈入和馈出,但占主要地位的能量馈入维持系统的摩擦尖叫.     

连轧管机的自激振动分析

无缝钢管的轧制变形区作为轧制过程的工作界面,其动力学特性对连轧管机的轧制振动有决定性影响.分析了动态情况下轧制界面上的界面摩擦、轧制变形规律、轧辊运动等行为机理及其耦合特性,建立了轧制界面的动力学模型,通过模型研究轧制工艺参数与轧制力能参数的关系,分析了连轧管机的自激振动发生的原因,并用数值模拟方法分析了在不同轧制条件下的轧制变形区的工艺参数与连轧管机的自激振动关系,为解释连轧管机的自激振动机理提供理论基础.     

惯性边界下梁的非线性振动分析

本文基于轧制过程中轧辊与带材的振动,将带材简化为Euler梁,轧辊简化成惯性元件,建立了梁在惯性边界下的非线性振动模型,首先根据哈密顿原理建立梁的纵向和横向非线性振动微分方程和惯性边界条件,再利用Kantorovich平均法简化运动方程和边界条件,然后采用修正迭代法求解方程。通过数值计算获得了梁的幅频响应曲线,研究了梁振动的非线性性态的变化规律,并讨论了惯性边界条件下梁的长度、惯性元件的转动惯量对梁的振动频率的影响规律。     

基于双质体振动的卧式离心脱水机动力学分析

建立振动离心机的动力学模型,采用龙格-库塔法对振动离心机进行数值仿真,分析系统的动力学特性以及物料分段非线性惯性力对系统产生的影响.结果表明:激振力幅、振动频率、主振弹簧刚度会对筛篮等转动件的运动特性产生较为明显的影响,通过调节工作参数可以使机器获得理想的脱水效果.物料惯性力的引入使双质体的振动中心沿物料滑动方向产生偏移,且对双质体的位移和速度响应幅值产生一定的影响.本文采用的方法和所得数据结果可为离心机的参数选择提供一定的理论依据.     

单活塞液压自由活塞发动机活塞振动特性研究

研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性.建立活塞组件动力学模型,导出了活塞振动方程,研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性.活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动.活塞运动频率与振幅间存在单调上升关系且受压缩比的限制,其稳定极限环存在的区域由进气口位置和活塞行程决定,下止点位置位于稳定极限环存在区域是实现自激振动的关键,工作频率可以在零和自激振动频率之间调整.     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

侧垂向力耦合模型的轮胎多边形磨损分析

多边形磨损是汽车轮胎磨损研究中的新课题,具有重要的理论价值和研究意义.考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,建立了基于LuGre摩擦模型的轮胎侧、垂向力耦合的动力学模型.根据自激振动理论,得出轮胎多边形磨损与胎面的侧向振动有关,磨损边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮滚动频率之比,并通过仿真得到了能够引起胎面自激振动的车速和车轮前束角范围.结果表明,所建模型能很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理,为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据.     

扭杆梁式悬架系统的轮胎多边形磨损机理

建立轮胎-悬架-车身系统的考虑时间延迟的轮胎多边形磨损动力学模型,探讨基于自激励振动理论的轮胎多边形磨损现象.研究表明,轮胎多边形磨损是一种典型的非线性自激励振动,不同车型、不同轮胎磨损状况下,系统的自激励振动频率不同,常见频率区间为100~400 Hz;轮胎周向多边形磨损现象即由于自激励振动出现在特定的车速区间;轮胎多边形磨损的边数等于自激励振动系统的固有频率与车轮转动频率之比;轮胎在特定频段的固有频率对自激励系统振动有很大影响,扭杆梁悬架系统的垂向振动特性对轮胎多边形磨损影响很小.     

摩擦参数对压电执行器振动特性的影响

提出了一种考虑运动学和振动解的摩擦振动模型,并用迭代法求解了压电执行器在运动体摩擦力作用下的振动响应.通过数值模拟和参数分析研究了运动体的速度v,正压力F_○N,相对滑动速度控制系数的延迟率C,静摩擦系数μ_○S及其下限μ_D,阻尼比ξ对于动态摩擦力和振动特性的影响趋势.结果表明压电堆的振幅随着F_○N,v,μ_S和C的增加而变大,随着μ_D和ξ的增加而减小.F_N和μ_S影响最大静摩擦力,μ_○D影响滑动摩擦力,v和C对黏着状态与滑动状态的转换以及摩擦状态转换过程中摩擦力的变化有明显的影响.     

桥式起重机运行机构中自激振动的研究

研究了桥式起重机在迅速启、制动工况下主动车轮在轨道上打滑时运行机构中产生的摩擦自激振动，讨论了车轮、轨道之间摩擦特性曲线问题，利用求解非线性振动的方法计算了摩擦自激扭振的振幅、频率、时间及动载荷值．对两台桥式起重机大车运行机构的动载荷进行了现场实测，测试结果与计算基本相符，说明有关的计算公式具有比较好的实用性．     

基于电反馈自激振动的圆柱壳固有频率测量方法

振动按激励类型分为自由振动、强迫振动、自激振动和参数振动。目前固有频率测量的两种方法:敲击法和扫频法分别基于自由振动和强迫振动的原理。提出基于自激振动的原理测量圆柱壳的固有频率与模态的方法。此处的自激振动是基于电信号反馈激励,从而导致圆柱壳的自激振动;而非普遍被研究的摩擦导致的自激振动或线的风激振。将其命名为电反馈自激振动法,通过该方法对一个圆柱不锈钢钢管的模态与响应幅度-激励频率曲线的测量。与敲击法、扫频法和ANSYS仿真分析的结果进行对比,证明了该方法测量固有频率及模态的可行性;并得到自激振动时的振型分布及稳定激振的频率与传感器的位置有关的结论。该方法相比敲击法和扫频法具有测量设备简单、测量快速的优点。